發(fā)布時間：2018-01-16 01:22

  本文關(guān)鍵詞：大斷面7050高強鋁合金擠壓及熱處理過程組織與性能研究　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文研究了大飛機用的重要結(jié)構(gòu)件——大斷面7050高強鋁合金型材在擠壓、固溶、時效過程中小角度晶界和析出相的演變規(guī)律,及其對合金性能的影響。主要研究內(nèi)容包括熱模擬壓縮實驗及金相組織觀察,并通過分析不同變形條件下的應(yīng)力應(yīng)變曲線,擬合優(yōu)化出7050鋁合金熱流變本構(gòu)關(guān)系模型和動態(tài)再結(jié)晶模型;將建立的這兩個模型引入至Deform-3D軟件,并根據(jù)實際生產(chǎn)中的擠壓工藝參數(shù),模擬仿真獲得擠壓過程材料內(nèi)部應(yīng)變速率場、應(yīng)變場和溫度場以及型材橫截面晶粒尺寸分布和動態(tài)再結(jié)晶程度。同時,論文還利用OM、EBSD、TEM研究是固溶淬火時形成的位錯在淬火應(yīng)力驅(qū)動下于時效過程中形成小角度晶界的過程,探明了時效晶粒細化的原因。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)電導(dǎo)率和沖擊功實驗結(jié)果,采用OM和TEM研究了出現(xiàn)在小角度晶界上的時效析出相及其對型材性能的影響,擬合優(yōu)化出最佳的晶界強化模型。經(jīng)過490℃/24h的均質(zhì)化后的鑄態(tài)7050高強鋁合金的熱模擬研究表明,合金在不同的變形條件下將發(fā)生GDRX、CDRX或DDRX。在350℃/10s-1變形條件附近主要發(fā)生GDRX,對應(yīng)動態(tài)再結(jié)晶模型中臨界應(yīng)變與峰值應(yīng)變比值a2一般在0.2左右；在500℃下應(yīng)變速率不大時以DDRX為主的軟化機制為主,此時a2約為0.4。在350℃到500℃之間,一般應(yīng)變速率下由于軟化機制競爭,a：一般較大。通過應(yīng)力應(yīng)變曲線得到的兩個關(guān)鍵模型如下：流變應(yīng)力模型：α=0.22-0.104ε+0.885ε2-3.431ε3+6.256ε4-4.328ε5 n=4.501+5.972ε-105.017ε2+550.554ε3-1189.990ε4+923.668ε5 Q=191.916-162.861ε-1059.400ε2 +9463.37ε3-23620.700ε4+19202.600ε5 lnA=30.090-12.645ε-312.021ε2 +2127.186ε3-4964.912ε+3919.297ε5動態(tài)再結(jié)晶模型：采用Deform-3D軟件模擬擠壓過程發(fā)現(xiàn),型材等效應(yīng)變速率、溫度和等效應(yīng)變的最大值都集中于靠近型材最厚位置的內(nèi)凹角附近。當(dāng)模擬至56.3s時,最高溫度位于型材U形部位與最厚部的連接處,可達447.7℃。型材橫截面上的溫度和等效應(yīng)變從外緣到心部逐漸減小。擠壓型材內(nèi)尺寸最小的晶粒位于兩內(nèi)凹角附近,經(jīng)模擬發(fā)現(xiàn)此區(qū)域內(nèi)再結(jié)晶程度最高,且對比確定組織模擬的晶粒分布與實際較為吻合。由于內(nèi)凹角處再結(jié)晶程度高,新晶粒的晶界附近聚集大量被擠碎的難溶相,因此該位置強度、延伸率和沖擊功都較低；相反,型材最厚的心部動態(tài)再結(jié)晶程度最低,平均晶粒尺寸最大,強度、延伸率和沖擊功也最高。采用OM、EBSD、TEM、MATLAB軟件以及電導(dǎo)率和常溫沖擊實驗結(jié)果的綜合分析表明,固溶淬火產(chǎn)生的散亂位錯在時效過程中受淬火彈性應(yīng)變能的推動,聚集合并形成LAGB,使粗大的200μm×80μm“紡錘狀”晶粒被分割為20μm的等軸晶。時效過程中位錯聚集合并使其密度由1.83×1013 m-2降至4.40×1011m-2,該過程主要發(fā)生在111纖維織構(gòu)晶粒內(nèi)。在二級時效間隔的升溫階段,新生LAGB繼續(xù)吸收位錯使取向差超過3°,MgZnZ開始在這些晶界析出,并由與基體半共格的η’相轉(zhuǎn)變?yōu)榉枪哺竦摩窍?最終造成此階段沖擊功降低量占從一級時效末至二級時效60min沖擊功降低總量的53.91%,電導(dǎo)率升高13.04%。隨二級時效長時間保溫亞晶界η相長大,且PFZ變寬,導(dǎo)致沖擊功降低至13.2J,電導(dǎo)率迅速升高至19.3mS/m。經(jīng)過121℃/360min+177℃/60min,7050鋁合金的亞晶界上η’相轉(zhuǎn)變?yōu)棣窍?并完成長大過程。最終因與基體電勢差增大亞晶界被Graff試劑顯現(xiàn)出來。T76、T74和T73時效熱處理未能消除大斷面7050鋁合金擠壓型材橫截面的晶粒尺寸不均勻性。隨著二級時效時間延長,晶界及亞晶界上析出相數(shù)量較多,導(dǎo)致晶界總長度對合金的力學(xué)性能尤其是沖擊功有較大的影響,主要表現(xiàn)為晶粒越細小合金的力學(xué)性能越差。T76處理后晶粒整體平均尺寸最大,特別是心部,可達13μm；T74處理后整體尺寸最小,其中最小位置在邊部,約為3μm。型材橫斷面內(nèi)不同時效工藝處理后,晶粒尺寸與沖擊功呈線性對應(yīng)關(guān)系。型材經(jīng)T73和T74處理后,沖擊功大于T76處理,且均一性更好；相同時效處理的型材,心部沖擊功大于邊部,最大相差20J。此外,隨二級時效時間延長,電導(dǎo)率增加,但邊部電導(dǎo)率高于心部。對型材橫截面最厚部位的邊部,中邊部和心部處的過時效態(tài)試樣的屈服強度的研究表明,與 Nes模型相比,采用Hall=Petch模型能夠更準(zhǔn)確的描述過時效態(tài)7050高強鋁合金的晶界強化,但是晶界強化對屈服強度的貞獻小于析出強化。另外,衡量織構(gòu)貢獻的Taylor因子會因提高析出強化和固溶強化的效果而影響屈服強度。過時效態(tài)7050鋁合金型材最厚部位的心部的以硬取向的Copper織構(gòu)為主,Taylor因子為3.925；邊部以軟取向的Cube織構(gòu)和Goss織構(gòu)為主,Taylor因子為2.257。
[Abstract]:In this paper , we study the evolution of grain boundary and precipitation phase of 7050 high strength aluminum alloy profile with large cross section and its influence on the properties of alloy under different deformation conditions . The main research contents include thermal simulation compression experiment and microstructure observation . The results of XRD , TEM , MATLAB software and electrical conductivity and normal temperature impact test results show that the grain size and impact work of the extruded profile of 7050 aluminum alloy are reduced to 13.2J and the conductivity is increased by 13.04 % . The Taylor factor is 2.257 .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.21;TG379;TG166.3

【參考文獻】

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1 程小勇;;鋁加工行業(yè)脫困之路[J];中國金屬通報;2013年36期

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本文編號：1430935